Une équipe de scientifiques de l'Institut de recherche en chimie (RIC) de l'Université RUDN et des collègues de grands centres scientifiques ont créé un nouveau catalyseur, une substance qui active les processus d'oxydation dans les composants peu réactifs du pétrole et du gaz. La nouvelle méthode de traitement des hydrocarbures produira efficacement des substances organiques précieuses telles que des acides et des alcools en utilisant une réaction qui ne nécessite qu'un chauffage mineur et aucune pression accrue. Les résultats des travaux de l'équipe ont été publiés dans le Journal de chimie organométallique .

"Les catalyseurs que nous avons créés contiennent du silicium (ou du germanium) et du métal (cuivre, fer à repasser, cobalt, etc.). Ils sont capables de rompre facilement les liaisons entre les atomes de carbone et d'hydrogène dans les hydrocarbures saturés et insaturés (les principaux composants du pétrole et du gaz) et de les transformer en produits précieux :alcools, acides, et les éthers. C'est un sujet d'actualité – certains travaux sur l'activation des liaisons carbone-hydrogène ont été présélectionnés pour le prix Nobel de chimie 2017, " dit Alexey Bilyachenko, l'un des co-auteurs de l'ouvrage.

Au cours de leur travail, les chercheurs ont appliqué des méthodes synthétiques utilisant les capacités des dérivés organiques du silicium et du germanium pour former des structures tridimensionnelles inhabituelles incorporant des atomes de différents métaux. Ces composés de charpente sont solubles dans des solvants organiques augmentant l'activité d'une particule catalytique. De plus, la structure de la matrice détermine la direction de "l'attaque catalytique" (par exemple, l'oxydation d'une molécule organique est ciblée sur certaines positions d'une molécule de réactif).

Les catalyseurs décrits dans l'ouvrage sont classés comme des silsesquioxanes métalliques prismatiques. Ces composés sont constitués d'une couche médiane contenant du métal située entre deux couches de cycle contenant du silicium. Chaque atome de silicium est relié à un substitut organique.

Les caractéristiques structurelles et la nucléarité des silsesquioxanes métalliques (c'est-à-dire le nombre d'atomes métalliques dans le composé) dépendent fortement des conditions de synthèse, ce qui entraîne certaines difficultés pour les chercheurs. L'un des principaux résultats des travaux de l'équipe est de déterminer les composants nécessaires d'un mélange réactif qui permet d'obtenir un produit final avec un certain nombre d'atomes métalliques, déterminant ainsi d'autres propriétés d'un catalyseur. À savoir, les chercheurs ont montré la possibilité d'une production ciblée de produits pentanucléaires lors de la synthèse de composés contenant du cuivre, cobalt, et des ions nickel avec l'utilisation d'un composé hétérocyclique bien connu, la pyridine. Notamment, les produits formés dans d'autres systèmes étaient hexanucléaires.

Une autre découverte importante a été la stabilité de la structure pentanucléaire rare au cours de la transition de la matière solide à une solution. Cela a été démontré par l'exemple d'un composé contenant du cuivre. Après avoir remplacé la pyridine par du diméthylformamide, un solvant largement utilisé en laboratoire, les chercheurs ont déterminé (à l'aide d'enquêtes XRD) que les composés source et cible avaient la même structure pentanucléaire. Ceci indique une stabilité assez élevée du composé de charpente, ce qui est important pour prolonger la période d'activité d'un catalyseur dans une solution.

Les expériences catalytiques présentées dans ce travail montrent qu'un composé pentanucléaire contenant du cuivre est efficace dans un catalyseur homogène de l'oxydation d'alcools secondaires (en cétones) et d'alcanes (en alkylhydroperoxydes) avec l'utilisation de peroxydes. Notamment, ces réactions ont lieu dans des conditions douces, C'est, après un léger chauffage et sans augmentation de pression. Les méthodes découvertes de traitement du pétrole et du gaz au moyen de l'activation d'hydrocarbures avec des composés contenant des métaux présentent un avantage évident par rapport aux technologies habituelles de craquage et de pyrolyse qui nécessitaient un équipement coûteux résistant à la température et à la pression.

"Évidemment, les nouvelles méthodes de traitement ouvrent de nombreuses perspectives tant pour la science académique fondamentale que pour l'application pratique, " dit Alexey Bilyachenko, directeur adjoint de l'Institut de recherche en chimie de l'Université RUDN.